随着航天技术的发展，空间对接由合作目标对接向非合作目标对接发展。利用非合作目标对接技术可实现空间任意飞行器之间的对接，扩展空间活动范围，如实现空间垃圾清理、卫星回收、燃料补给、零件更换、系统升级等空间活动。非合作目标对接技术具有很高的应用价值和军事意义，世界各航天大国都在积极进行研究和试验。我国对非合作目标对接技术的研究落后于发达国家。因此，加快研究空间非合作目标对接技术十分迫切。本文以具有能源消耗低特点的自由漂浮模式空间机械臂系统为研究对象，对其在执行非合作目标抓捕任务中的相关问题进行了研究，主要包括空间机械臂最佳碰撞构型的规划问题，抓捕前空间机械臂系统的路径规划问题以及空间机械臂系统的柔顺控制问题。通过对空间机械臂系统的速度分析，推导出其运动学方程；采用拉格朗日方程法完成了系统动力学模型的建立；结合动量表达式，推导出系统的广义雅可比矩阵，为后续最佳碰撞构型及路径规划等相关问题研究做好了充分的理论准备。基于角动量定理，研究了空间机械臂系统在执行非合作目标抓捕任务中的最佳碰撞构型问题，确定了最佳碰撞构型的判断依据，分析了系统及其各组成部分的角动量受碰撞力的影响，完成了自由漂浮六自由度空间机械臂系统的最佳碰撞构型规划。空间机械臂保持最佳碰撞构型，可对系统在抓捕任务中产生的角动量增量实现有效控制，提高了非合作目标对接的安全性和可靠性。开展了空间机械臂系统路径规划的研究，包括点到点路径规划及连续路径的规划。连续路径规划包括连续位姿追踪规划和基座姿态无扰动路径规划。由于系统基座姿态的改变易对机械臂运动产生较大的干扰，影响路径规划中机械臂末端位姿的追踪精度。本文重点研究了基座姿态无扰动下的路径规划，保证空间机械臂系统准确到达期望位置的同时，实现系统基座姿态不受扰动，并使空间机械臂各关节保持捕获前最佳碰撞构型状态。为有效减小空间机械臂系统在抓捕过程中产生的碰撞力，本文研究了空间机械臂系统的柔顺控制问题。将非接触阻抗控制算法应用于空间机械臂系统，在传统阻抗控制算法的基础上，利用虚拟接触的概念，建立了虚拟阻抗模型，通过调整各阻抗参数值达到有效控制碰撞力的目的。本文通过仿真研究了非接触阻抗控制算法中各阻抗参数变化对控制性能的影响，并确定了非接触阻抗控制中阻抗参数的初步调整原则。